UART接口的FPGA实现（一）——UART接口的相关基础知识

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本文介绍了UART的基础知识，包括UART的异步通信特性、字符格式和通信模型。UART是一种常见的FPGA接口，用于字符数据传输，其特点是不需要严格时钟同步。文章详细讲解了UART的起始位、数据位、奇偶校验位和停止位，并阐述了UART的通信模型，涉及接收和发送过程。后续内容将深入讨论UART接口的寄存器设计和Verilog实现。

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UART系列文章先介绍UART的基础知识，然后自己动手写Verilog代码实现这个接口并进行测试，最后介绍Xilinx的AXI-uartlite IP核。本系列文章编写时参考了乔庐峰老师编写的VerilogHDL教材第15章和Xilinx官方文档pg142-axi-uartlite。

一、UART简介

UART是FPGA工程师在工作中会接触到的最常见的接口之一。它的全名是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。为什么叫异步收发器呢？因为收发双发通信时不需要严格的时钟同步。还记得前面讲的SPI接口吗，SPI的数据通信必须带着时钟一起，是一种同步通信协议，而UART的数据通信是不需要带着时钟的，是一种异步通信协议。就是因为这个异步，UART的通信机制比SPI稍微复杂，不同设备之间的低速通信使用UART协议时，它们会以字符的方式进行数据传递。

二、UART字符格式

UART采用的是一种起止式的异步通信协议，所谓起止式就是传输一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，特点是一个字符一个字符地传输，字符之间没有固定的时间间隔要求。这样做的好处是每一个字符收发双方都可以重新建立同步，哪怕双方的时钟频率略有偏差也没关系，以此保证异步通信的可靠性。下图给出UART的字符格式。

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